操作系统课程设计实验报告.docx

1、操作系统课程设计实验报告湖南科技大学计算机科学与工程学院操作系统课程设计报告学 号： 姓 名： 班 级： 指导老师 ： 完成时间 ： 2017年6月23日 实验一 3一、 实验题目 3二、 实验目的 3三、 总体设计 3四、 详细设计 6五、 实验结果与分析 10六、 小结与心得体会 14实验二 15一、 实验题目 15二、 实验目的 15三、 总体设计 15四、 详细设计 16五、 实验结果与分析 19六、 小结与心得体会 20实验三 21一、 实验题目 21二、 实验目的 21三、 总体设计 21四、 详细设计 21五、 实验结果与分析 26六、 小结与心得体会 28实验四 29一、 实验

2、题目 29二、 实验目的 29三、 总体设计 29四、 详细设计 29五、 实验结果与分析 34六、 小结与心得体会 35实验五 36一、 实验题目 36二、 实验目的 36三、 总体设计 36四、 详细设计 41五、 实验结果与分析 44六、 小结与心得体会 53实验六 54一、 实验题目 54二、 实验目的 54三、 总体设计 54四、 详细设计 54五、 实验结果与分析 61六、 小结与心得体会 62实验七 63一、 实验题目 63二、 实验目的 63三、 总体设计 63四、 详细设计 68五、 实验结果与分析 70六、 小结与心得体会 71实验八 72一、 实验题目 72二、 实验目的

3、 72三、 总体设计 72四、 详细设计 76五、 实验结果与分析 79六、 小结与心得体会 80实验一一、 实验题目实验一 Windows进程管理二、 实验目的1) 学会使用 VC 编写基本的 Win32 Consol Application（控制台应用程序)。 2) 通过创建进程、观察正在运行的进程和终止进程的程序设计和调试操作，进一步熟悉操作系统的进程概念，理解 Windows进程的“一生”。 3) 通过阅读和分析实验程序，学习创建进程、观察进程、终止进程以及父子进程同步的基本程序设计方法。三、 总体设计1) 背景知识Windows 所创建的每个进程都从调用 CreateProcess(

4、) API 函数开始，该函数的任务是在对象管理器子系统内初始化进程对象。每一进程都以调用ExitProcess() 或TerminateProcess() API函数终止。通常应用程序的框架负责调用 ExitProcess() 函数。对于 C+ 运行库来说，这一调用发生在应用程序的 main() 函数返回之后。a) 创建进程CreateProcess() 调用的核心参数是可执行文件运行时的文件名及其命令行。表 1-1 详细地列出了每个参数的类型和名称。可以指定第一个参数，即应用程序的名称，其中包括相对于当前进程的当前目录的全路径或者利用搜索方法找到的路径；lpCommandLine 参数允许调

5、用者向新应用程序发送数据；接下来的三个参数与进程和它的主线程以及返回的指向该对象的句柄的安全性有关。然后是标志参数，用以在 dwCreationFlags 参数中指明系统应该给予新进程什么行为。经常使用的标志是 CREATE_SUSPNDED，告诉主线程立刻暂停。当准备好时，应该使用 ResumeThread() API来启动进程。另一个常用的标志是 CREATE_NEW_CONSOLE，告诉新进程启动自己的控制台窗口，而不是利用父窗口。这一参数还允许设置进程的优先级，用以向系统指明，相对于系统中所有其他的活动进程来说，给此进程多少 CPU 时间。接着是 CreateProcess() 函数调

6、用所需要的三个通常使用缺省值的参数。第一个参数是lpEnvironment 参数，指明为新进程提供的环境；第二个参数是 lpCurrentDirectory，可用于向主创进程发送与缺省目录不同的新进程使用的特殊的当前目录；第三个参数是 STARTUPINFO 数据结构所必需的，用于在必要时指明新应用程序的主窗口的外观。CreateProcess() 的最后一个参数是用于新进程对象及其主线程的句柄和 ID 的返回值缓冲区。以 PROCESS_INFORMATION 结构中返回的句柄调用 CloseHandle() API 函数是重要的，因为如果不将这些句柄关闭的话，有可能危及主创进程终止之前的任

7、何未释放的资源。b) 正在运行的进程如果一个进程拥有至少一个执行线程，则为正在系统中运行的进程。通常，这种进程使用主线程来指示它的存在。当主线程结束时，调用 ExitProcess() API 函数，通知系统终止它所拥有的所有正在运行、准备运行或正在挂起的其他线程。当进程正在运行时，可以查看它的许多特性，其中少数特性也允许加以修改。首先可查看的进程特性是系统进程标识符 (PID) ，可利用 GetCurrentProcessId() API 函数来查看，与 GetCurrentProcess() 相似，对该函数的调用不能失败，但返回的 PID 在整个系统中都可使用。其他的可显示当前进程信息的

8、API 函数还有 GetStartupInfo()和 GetProcessShutdownParameters() ，可给出进程存活期内的配置详情。通常，一个进程需要它的运行期环境的信息。例如 API 函数 GetModuleFileName() 和GetCommandLine() ，可以给出用在 CreateProcess() 中的参数以启动应用程序。在创建应用程序时可使用的另一个 API 函数是 IsDebuggerPresent() 。可利用 API 函数 GetGuiResources() 来查看进程的 GUI 资源。此函数既可返回指定进程中的打开的 GUI 对象的数目，也可返回指定进

9、程中打开的 USER 对象的数目。进程的其他性能信息可通过GetProcessIoCounters()、GetProcessPriorityBoost() 、GetProcessTimes() 和 GetProcessWorkingSetSize()API 得到。以上这几个 API 函数都只需要具有 PROCESS_QUERY_INFORMATION 访问权限的指向所感兴趣进程的句柄。另一个可用于进程信息查询的 API 函数是 GetProcessVersion() 。此函数只需感兴趣进程的 PID(进程标识号) 。这一 API 函数与 GetVersionEx() 的共同作用，可确定运行进程

10、的系统的版本号。c) 终止进程所有进程都是以调用 ExitProcess() 或者 TerminateProcess() 函数结束的。但最好使用前者而不要使用后者，因为进程是在完成了它的所有的关闭“职责”之后以正常的终止方式来调用前者的。而外部进程通常调用后者即突然终止进程的进行，由于关闭时的途径不太正常，有可能引起错误的行为。TerminateProcess() API 函数只要打开带有 PROCESS_TERMINATE 访问权的进程对象，就可以终止进程，并向系统返回指定的代码。这是一种“野蛮”的终止进程的方式，但是有时却是需要的。如果开发人员确实有机会来设计“谋杀”(终止别的进程的进程)

11、 和“受害”进程 (被终止的进程) 时，应该创建一个进程间通讯的内核对象如一个互斥程序这样一来，“受害”进程只在等待或周期性地测试它是否应该终止。d) 进程同步Windows 提供的常用对象可分成三类：核心应用服务、线程同步和线程间通讯。其中，开发人员可以使用线程同步对象来协调线程和进程的工作，以使其共享信息并执行任务。此类对象包括互锁数据、临界段、事件、互斥体和信号等。多线程编程中关键的一步是保护所有的共享资源，工具主要有互锁函数、临界段和互斥体等；另一个实质性部分是协调线程使其完成应用程序的任务，为此，可利用内核中的事件对象和信号。在进程内或进程间实现线程同步的最方便的方法是使用事件对象，

12、这一组内核对象允许一个线程对其受信状态进行直接控制。而互斥体则是另一个可命名且安全的内核对象，其主要目的是引导对共享资源的访问。拥有单一访问资源的线程创建互斥体，所有想要访问该资源的线程应该在实际执行操作之前获得互斥体，而在访问结束时立即释放互斥体，以允许下一个等待线程获得互斥体，然后接着进行下去。与事件对象类似，互斥体容易创建、打开、使用并清除。利用 CreateMutex() API 可创建互斥体，创建时还可以指定一个初始的拥有权标志，通过使用这个标志，只有当线程完成了资源的所有的初始化工作时，才允许创建线程释放互斥体。为了获得互斥体，首先，想要访问调用的线程可使用 OpenMutex()

13、 API 来获得指向对象的句柄；然后，线程将这个句柄提供给一个等待函数。当内核将互斥体对象发送给等待线程时，就表明该线程获得了互斥体的拥有权。当线程获得拥有权时，线程控制了对共享资源的访问必须设法尽快地放弃互斥体。放弃共享资源时需要在该对象上调用 ReleaseMute() API。然后系统负责将互斥体拥有权传递给下一个等待着的线程 (由到达时间决定顺序) 。2) 编写基本的 Win32 Consol Application步骤 1：登录进入 Windows 系统，启动 VC+ 6.0。步骤 2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Cons

14、olApplication”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location” 处输入工程目录。创建一个新的控制台应用程序工程。步骤 3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C+ Source File”,然后在“File” 处输入 C/C+源程序的文件名。步骤 4：将清单 1-1 所示的程序清单复制到新创建的 C/C+源程序中。编译成可执行文件。步骤 5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入 Windows“命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的 debug子目录，执行编译好的可执行程序，列出运行结果(如果

15、运行不成功，则可能的原因是什么？)3) 创建进程本实验显示了创建子进程的基本框架。该程序只是再一次地启动自身，显示它的系统进程 ID和它在进程列表中的位置。步骤 1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单 1-2 中的程序，编译成可执行文件。步骤 2：在“命令提示符”窗口运行步骤 1 中生成的可执行文件，列出运行结果。按下ctrl+alt+del，调用 windows 的任务管理器，记录进程相关的行为属性。步骤 3：在“命令提示符”窗口加入参数重新运行生成的可执行文件，列出运行结果。按下ctrl+alt+del，调用 windows 的任务管理器，记录进

16、程相关的行为属性。步骤 4：修改清单 1-2 中的程序，将 nClone 的定义和初始化方法按程序注释中的修改方法进行修改，编译成可执行文件（执行前请先保存已经完成的工作）。再按步骤 2 中的方式运行，看看结果会有什么不一样。列出行结果。从中你可以得出什么结论？说明 nClone 的作用。 变量的定义和初始化方法（位置）对程序的执行结果有影响吗？为什么？4) 父子进程的简单通信及终止进程步骤 1 ：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单 1-3 中的程序，编译成可执行文件。步骤 2 ：在 VC 的工具栏单击“Execute Program”(执行程序)按

17、钮，或者按 Ctrl + F5 键，或者在“命令提示符”窗口运行步骤 1 中生成的可执行文件，列出运行结果。步骤 3 ：按源程序中注释中的提示，修改源程序 1-3，编译执行（执行前请先保存已经完成的工作），列出运行结果。在程序中加入跟踪语句，或调试运行程序，同时参考 MSDN 中的帮助文件CreateProcess()的使用方法，理解父子进程如何传递参数。给出程序执行过程的大概描述。步骤 4 ：按源程序中注释中的提示，修改源程序 1-3，编译执行，列出运行结果。步骤 5： 参 考 MSDN 中 的 帮 助 文 件 CreateMutex() 、OpenMutex() 、 ReleaseMute

18、x() 和WaitForSingleObject()的使用方法，理解父子进程如何利用互斥体进行同步的。给出父子进程同步过程的一个大概描述。四、 详细设计1) 关键代码清单 1-1 一个简单的 Windows 控制台应用程序/ hello 项目#include stdafx.h# include void main() std:cout Hello, Win32 Consol Application std:endl;清单 1-2 创建子进程#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include stdafx.h#include #include #include / 创

19、建传递过来的进程的克隆过程并赋于其 ID 值void StartClone(int nCloneID) / 提取用于当前可执行文件的文件名 TCHAR szFilenameMAX_PATH; GetModuleFileName(NULL, szFilename, MAX_PATH); / 格式化用于子进程的命令行并通知其 EXE 文件名和克隆 ID TCHAR szCmdLineMAX_PATH; sprintf_s(szCmdLine, %s %d, szFilename, nCloneID); / 用于子进程的 STARTUPINFO 结构 STARTUPINFO si; ZeroMemo

20、ry(&si, sizeof(si); si.cb = sizeof(si); / 必须是本结构的大小 / 返回的用于子进程的进程信息 PROCESS_INFORMATION pi; / 利用同样的可执行文件和命令行创建进程，并赋于其子进程的性质 BOOL bCreateOK = :CreateProcess( szFilename, / 产生这个 EXE 的应用程序的名称 szCmdLine, / 告诉其行为像一个子进程的标志 NULL, / 缺省的进程安全性 NULL, / 缺省的线程安全性 FALSE, / 不继承句柄 CREATE_NEW_CONSOLE, / 使用新的控制台 NULL

21、, / 新的环境 NULL, / 当前目录 &si, / 启动信息 &pi); / 返回的进程信息 / 对子进程释放引用 if (bCreateOK) CloseHandle(pi.hProcess); CloseHandle(pi.hThread); int main(int argc, char* argv) / 确定派生出几个进程，及派生进程在进程列表中的位置 int nClone = 0; /修改语句：int nClone; /第一次修改：nClone=0; if (argc 1) / 从第二个参数中提取克隆 ID :sscanf_s(argv1, %d, &nClone); /第二次

22、修改：nClone=0; / 显示进程位置 std:cout Process ID: :GetCurrentProcessId() , Clone ID: nClone std:endl; / 检查是否有创建子进程的需要 const int c_nCloneMax = 5; if (nClone c_nCloneMax) / 发送新进程的命令行和克隆号 StartClone(+nClone); / 等待响应键盘输入结束进程 getchar(); return 0;清单 1-3 父子进程的简单通信及终止进程的示例程序#include stdafx.h# include # include # i

23、nclude / 创建当前进程的克隆进程的简单方法void StartClone() / 提取当前可执行文件的文件名 TCHAR szFilenameMAX_PATH; GetModuleFileName(NULL, szFilename, MAX_PATH); / 格式化用于子进程的命令行，字符串“child”将作为形参传递给子进程的 main 函数 TCHAR szCmdLineMAX_PATH; /实验 1-3 步骤 3：将下句中的字符串 child 改为别的字符串，重新编译执行，执行前请先保存已经完成的工作 sprintf_s(szCmdLine, %s child, szFilena

24、me); / 子进程的启动信息结构 STARTUPINFO si; ZeroMemory(&si, sizeof(si); si.cb = sizeof(si); / 应当是此结构的大小 / 返回的用于子进程的进程信息 PROCESS_INFORMATION pi; / 用同样的可执行文件名和命令行创建进程，并指明它是一个子进程 BOOL bCreateOK = CreateProcess( szFilename, / 产生的应用程序的名称 (本 EXE 文件) szCmdLine, / 告诉我们这是一个子进程的标志 NULL, / 用于进程的缺省的安全性 NULL, / 用于线程的缺省安全性

25、 FALSE, / 不继承句柄 CREATE_NEW_CONSOLE, /创建新窗口 NULL, / 新环境 NULL, / 当前目录 &si, / 启动信息结构 &pi); / 返回的进程信息 / 释放指向子进程的引用 if (bCreateOK) CloseHandle(pi.hProcess); CloseHandle(pi.hThread); void Parent() / 创建“自杀”互斥程序体 HANDLE hMutexSuicide = CreateMutex( NULL, / 缺省的安全性 TRUE, / 最初拥有的 g_szMutexName); / 互斥体名称 if (hM

26、utexSuicide != NULL) / 创建子进程 std:cout Creating the child process. std:endl; StartClone(); / 指令子进程“杀”掉自身 std:cout Telling the child process to quit. std:endl; /等待父进程的键盘响应 getchar(); /释放互斥体的所有权，这个信号会发送给子进程的 WaitForSingleObject 过程 ReleaseMutex(hMutexSuicide); /std:cout 222 std:endl; / 消除句柄 CloseHandle(

27、hMutexSuicide); void Child() / 打开“自杀”互斥体 HANDLE hMutexSuicide = OpenMutex( SYNCHRONIZE, / 打开用于同步 FALSE, / 不需要向下传递 g_szMutexName); / 名称 /std:cout 111 std:endl; if (hMutexSuicide != NULL) / 报告我们正在等待指令 std:cout Child waiting for suicide instructions. std:endl; /子进程进入阻塞状态，等待父进程通过互斥体发来的信号 /WaitForSingleO

28、bject(hMutexSuicide, INFINITE); WaitForSingleObject(hMutexSuicide, 0); /实验 1-3 步骤 4：将上句改为 WaitForSingleObject(hMutexSuicide, 0) ，重新编译执行 / 准备好终止，清除句柄 std:cout Child quiting. 1 & :strcmp(argv1, child) = 0) Sleep(1000); Child(); else Sleep(1000); Parent(); return 0;五、 实验结果与分析1) 编写基本的 Win32 Consol Appli

29、cationa) 步骤5：运行不成功可能的原因有：双引号是全角符号，需改成半角符号。2) 创建进程a) 步骤2：b) 步骤3：c) 步骤4：nClone 初始化的地方不同，程序执行的次数也不同，在判断有无命令行参数之前初始化的话程序只执行规定的最多的次数；之后初始化的话就会无限创建新进程。由此得出变量的定义和初始化方法（位置）对程序的执行结果有影响，因为中间多了一个判断命令行参数的代码段，这一段代码会更改nClone的值。3) 父子进程的简单通信及终止进程a) 步骤2：b) 步骤3：程序判断有无命令行参数以及参数是不是 child 是的话就开启子进程，否则就开启父进程。父进程在执行克隆的时候给自身加上一把锁从而保证自身是线程安全的函数，同时在 CreateProcess 的第二个参数传入 child 参数，保证下次执行的是子进程，如此循环，使得父子进程能够并发进行，实现父子进程的通信。c) 步骤4：d) 步骤5： CreateMutex作用是找出当前系统是否已经存在指定进程的实例，如果没有则创建一个互斥体；OpenMutex函数为现有的一个已命名互斥体对象创建一个新句柄；ReleaseMutex是一种线性指令，具有释放线程拥有的互斥体的控制权；WaitForSingleObject函数用来检测hHandle事件的信